一種帶隙結(jié)構(gòu)優(yōu)化的三結(jié)太陽電池的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種帶隙結(jié)構(gòu)優(yōu)化的三結(jié)太陽電池，包括有三結(jié)太陽電池單元，所述三結(jié)太陽電池單元的上、下表面分別設(shè)置有增透膜和第一金屬電極，所述增透膜的上表面設(shè)置有第二金屬電極；其中，所述三結(jié)太陽電池單元以半導體Ge單晶片為襯底，按照層狀結(jié)構(gòu)從下至上依次包括有底電池、中電池、頂電池，所述底電池為Ge太陽電池，中電池為GaInNAs太陽電池，頂電池為GaInP太陽電池，所述底電池與中電池之間通過第一隧道結(jié)連接，所述中電池與頂電池之間通過第二隧道結(jié)連接。本實用新型可以優(yōu)化三結(jié)電池的子電池帶隙組合，提高三結(jié)電池的整體短路電流，并最終提高三結(jié)電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
【專利說明】—種帶隙結(jié)構(gòu)優(yōu)化的三結(jié)太陽電池

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及太陽能光伏的【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是指一種帶隙結(jié)構(gòu)優(yōu)化的三結(jié)太陽電池。

【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的砷化鎵多結(jié)太陽電池由于可充分利用更多的太陽光譜范圍，光電轉(zhuǎn)換效率要比傳統(tǒng)晶硅電池高出很多。目前，GalnP/GalnAs/Ge三結(jié)太陽電池制備技術(shù)已經(jīng)非常成熟，并已被成熟地應用于聚光光伏發(fā)電(CPV)系統(tǒng)。但是，基于晶格匹配的GaInP/GalnAs/Ge三結(jié)電池的帶隙結(jié)構(gòu)1.85eV/l.40eV/0.66eV并不是最佳的，這種結(jié)構(gòu)下Ge底電池吸收的太陽光譜能量比中電池和頂電池吸收的多出很多，因此Ge電池的短路電流最大可達到中電池和頂電池的近兩倍之多(V.Sabnis, H.Yuen, and Μ.Wiemer, AIP Conf.Proc.1477(2012) 14)，由于串聯(lián)結(jié)構(gòu)的電流限制原因，造成了很大一部分光譜能量不能被充分轉(zhuǎn)換利用，限制了電池性能的提高。
[0003]計算表明，三結(jié)太陽電池在AM1.光譜下的最佳帶隙組合是1.83eV/l.16eV/0.69eV,該帶隙組合下極限聚光轉(zhuǎn)換效率可達66.6 % (A.Marti andA.Luque, Solar Energy Materials and Solar Cells, 43 (1996) 203)。因此，可選擇一種帶隙約1.16eV、晶格常數(shù)與Ge襯底匹配的半導體材料來代替Gaa99InatllAs中電池材料。經(jīng)理論研究與實驗證明，在GaAs材料中同時摻入少量的In和N形成Gai_xInxNyASl_y四元合金材料，當x:y = 2.8、0〈y〈0.06時，Gai_xInxNyASl_y材料晶格常數(shù)與Ge (或GaAs)基本匹配，且?guī)对?.8eV—1.4eV之間變化，而當0.01<y<0.02時，其帶隙為1.15eV—1.18eV之間。因此，對目前傳統(tǒng)的Gaa5Ina5PAkta99InacilAsAie三結(jié)電池進行帶隙優(yōu)化，采用帶隙為1.15eV—1.18eV的GaInNAs子電池取代GaInAs中電池，并調(diào)節(jié)生長條件得到材料帶隙為1.80eV—l.83eV的GaInP項電池，則可形成帶隙組合為1.80—1.83eV/l.15—1.18eV/0.66eV的GalnP/GalnNAs/Ge三結(jié)電池，非常接近三結(jié)電池在AM1.光譜下的最佳帶隙組合，可以明顯提高三結(jié)太陽電池的短路電流和整體光電轉(zhuǎn)換性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足與缺點，提供一種帶隙結(jié)構(gòu)優(yōu)化的三結(jié)太陽電池，可以優(yōu)化三結(jié)電池的帶隙組合，提高三結(jié)電池的整體短路電流，并最終提高三結(jié)電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型所提供的技術(shù)方案為:一種帶隙結(jié)構(gòu)優(yōu)化的三結(jié)太陽電池，包括有三結(jié)太陽電池單元，所述三結(jié)太陽電池單元的上、下表面分別設(shè)置有增透膜和第一金屬電極，所述增透膜的上表面設(shè)置有第二金屬電極；其中，所述三結(jié)太陽電池單元以半導體Ge單晶片為襯底，按照層狀結(jié)構(gòu)從下至上依次包括有底電池、中電池、頂電池，所述底電池為Ge太陽電池，中電池為GaInNAs太陽電池，頂電池為GaInP太陽電池，所述底電池與中電池之間通過第一隧道結(jié)連接，所述中電池與頂電池之間通過第二隧道結(jié)連接。
[0006]所述底電池結(jié)構(gòu)從下至上依次包括有P型Ge襯底、GaInP成核層、GaInAs緩沖層。
[0007]所述中電池結(jié)構(gòu)從下至上依次包括有P型AlGaAs背場層、P型Ga1-JnxNyAs1I層、η 型 GahInxNyAs1I 層或 η 型 Gaa99InatllAs 層、η 型 AlGaAs 窗口層；其中 x:y = 2.8:1,
0.01<y<0.02。
[0008]所述頂電池結(jié)構(gòu)從下至上依次包括有P型AlGaInP背場層、P型Gaa5Ina5P層、η型 Gaa5Ina5P 層、η 型 AlInP 窗口層，其中 Gaa5Ina5P 的帶隙為 1.80eV — 1.83eV。
[0009]本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點與有益效果:
[0010]對傳統(tǒng)三結(jié)電池的帶隙結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，將三結(jié)電池的中電池能量帶隙調(diào)節(jié)設(shè)計為
1.15eV—1.18eV 之間，得到帶隙組合為 1.80—1.83eV/l.15—1.18eV/0.66eV 的三結(jié)太陽電池，不僅在整體材料結(jié)構(gòu)上滿足晶格匹配的要求，而且優(yōu)化了三結(jié)電池的帶隙組合，可成功提高三結(jié)電池的短路電流和光電轉(zhuǎn)換效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本實用新型所述三結(jié)太陽電池單元的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0012]下面結(jié)合具體實施例對本實用新型作進一步說明。
[0013]本實施例所述的帶隙結(jié)構(gòu)優(yōu)化的三結(jié)太陽電池，包括有三結(jié)太陽電池單元，所述三結(jié)太陽電池單元的上、下表面分別設(shè)置有增透膜和第一金屬電極，所述增透膜的上表面設(shè)置有第二金屬電極。其中，所述第一金屬電極、第二金屬電極、增透膜均是采用光刻、蒸鍍等方法制備而成，而完成金屬電極和增透膜的制備后，將太陽電池外延片按照所需尺寸劃開，即可得到單體太陽電池芯片。
[0014]如圖1所示，本實施例所述的三結(jié)太陽電池單元是以4英寸P型Ge單晶片為襯底，采用金屬有機化學氣相沉積技術(shù)(MOCVD)或分子束外延生長技術(shù)按照層狀結(jié)構(gòu)從下至上依次生長有底電池1、第一隧道結(jié)2、中電池3、第二隧道結(jié)4、頂電池5。其中，所述底電池結(jié)構(gòu)從下至上依次包括有P型Ge襯底、GaInP成核層、GaInAs緩沖層。所述中電池結(jié)構(gòu)從下至上依次包括有P型AlGaAs背場層、P型Ga1-JnxNyAs1I層、n型Ga1-JnxNyAs1I層或11型Gaa99InaoiAs 層、η 型 AlGaAs 窗口層；其中 x:y = 2.8:1,0.01<y<0.02。所述頂電池結(jié)構(gòu)從下至上依次包括有P型AlGaInP背場層、p型Gaa5Ina5P層、η型Ga0 5In0 5Ρ層、η型AlInP窗口層，其中Gaa5Ina5P材料的原子排列呈現(xiàn)部分有序性，其材料帶隙為1.80eV—1.83eV。
[0015]以上所述之實施例子只為本實用新型之較佳實施例，并非以此限制本實用新型的實施范圍，故凡依本實用新型之形狀、原理所作的變化，均應涵蓋在本實用新型的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種帶隙結(jié)構(gòu)優(yōu)化的三結(jié)太陽電池，其特征在于:包括有三結(jié)太陽電池單元，所述三結(jié)太陽電池單元的上、下表面分別設(shè)置有增透膜和第一金屬電極，所述增透膜的上表面設(shè)置有第二金屬電極；其中，所述三結(jié)太陽電池單元以半導體Ge單晶片為襯底，按照層狀結(jié)構(gòu)從下至上依次包括有底電池、中電池、頂電池,所述底電池為Ge太陽電池，中電池為GalnNAs太陽電池，頂電池為GalnP太陽電池，所述底電池與中電池之間通過第一隧道結(jié)連接，所述中電池與頂電池之間通過第二隧道結(jié)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶隙結(jié)構(gòu)優(yōu)化的三結(jié)太陽電池，其特征在于:所述底電池結(jié)構(gòu)從下至上依次包括有p型Ge襯底、GalnP成核層、GalnAs緩沖層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶隙結(jié)構(gòu)優(yōu)化的三結(jié)太陽電池，其特征在于:所述中電池結(jié)構(gòu)從下至上依次包括有P型AlGaAs背場層、p型Gahlr^NyAspy層、η型Gahlr^NyASh層或 η 型 Ga0.99In0.01As 層、η 型 AlGaAs 窗口層；其中 x:y = 2.8:1,0.01<y<0.02。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶隙結(jié)構(gòu)優(yōu)化的三結(jié)太陽電池，其特征在于:所述頂電池結(jié)構(gòu)從下至上依次包括有P型AlGalnP背場層、p型Ga^In^P層、η型Gaa5Ιηα5Ρ層、η型 AllnP 窗口層，其中 Ga0.5In0.5P 的帶隙為 1.80eV — 1.83eV。
【文檔編號】H01L31/074GK204118094SQ201420539293
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月18日
【發(fā)明者】張小賓, 楊翠柏, 陳丙振, 王雷, 張楊, 張露 申請人:瑞德興陽新能源技術(shù)有限公司